Question

欧盟定于2012年1月1日起征收航空碳排税以应对冰川融化和全球变暖，使得对如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用碳资源的研究显得更加紧迫．请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质．
（1）用电弧法合成的储氢纳米碳管常伴有大量的碳纳米颗粒（杂质），这种颗粒可用如下氧化法提纯，请完成该反应的化学方程式：（系数按顺序填在答题卷上）

 

C+

 

 KMnO₄+

 

 H₂SO₄→

 

CO₂↑+

 

MnSO₄+

 

K₂SO₄+

 

H₂O
（2）焦炭可用于制取水煤气．测得12g 碳与水蒸气完全反应生成水煤气时，吸收了131.6kJ热量．该反应的热化学方程式：

 

．
（3）活性炭可处理大气污染物NO．在2L密闭容器中加入NO和活性炭（无杂质），生成气体E和F．当温度分别在T₁和T₂时，测得各物质平衡时物质的量如表：

	活性炭	NO	E	F
初始	2.030	0.100	0	0
T1	2.000	0.040	0.030	0.030
T2	2.005	0.050	0.025	0.025

①写出NO与活性炭反应的化学方程式

 

．
②上述反应T₁℃时的平衡常数为K₁，T₂℃时的平衡常数为K₂．
Ⅰ．计算K₁=

 

．
Ⅱ．根据上述信息判断，温度T₁和T₂的关系是

 

（填序号）．
a．T₁＞_T2          b．T₁＜T₂      c．无法比较
（4）CO₂经常用氢氧化钠溶液来吸收，现有0.4molCO₂，若用200mL 3mol/LNaOH溶液将其完全吸收，溶液中离子浓度由大到小的顺序为：

 

．
（5）CO还可以用做燃料电池的燃料，某熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，该电池用 Li₂CO₃ 和 Na₂CO₃ 的熔融盐混合物作电解质，CO 为负极燃气，空气与 CO₂ 的混合气为正极助燃气，制得在 650℃下工作的燃料电池，其负极反应式：2CO-4e^-+2CO₃^2-=4CO₂，则正极反应式：

 

．
（6）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其Ksp=3.8×10^-9．CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mo1/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,氧化还原反应方程式的配平,热化学方程式,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：

分析：（1）反应中C元素的化合价由0升高为+4价，Mn元素的化合价由+7价降低为+2价，结合化合价升降总数相等以及质量守恒定律配平；
（2）12g碳的物质的量为1mol，与水蒸气完全反应生成CO、H₂，吸收131.6kJ热量，据此结合热化学方程式书写原则进行书写；
（3）①由表中数据可知，C、NO、E、F的化学计量数之比为0.03：0.06：0.03：0.03=1：2：1：1，反应中C被氧化，结合原子守恒可知，生成为N₂与CO₂；
②Ⅰ、计算各气体的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算；
Ⅱ、由表中数据可知，温度由T₁变为T₂，平衡向逆反应移动，由于正反应是吸热，还是放热不确定，不能判断温度变化；
（4）据二氧化碳和氢氧化钠之间反应量的关系：按照1：2反应，产物是碳酸氢钠，按照1：2反应，产物是碳酸钠来计算回答，根据溶液中离子浓度大小比较的方法结合电离和水解平衡来分析；
（5）通入氧气和CO₂的混合气体一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
（6）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）计算沉淀时混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答： 解：（1）反应中C元素的化合价由0升高为+4价，Mn元素的化合价由+7价降低为+2价，该反应中转移20e^-，由电子守恒和质量守恒定律可知得化学反应为5C+4KMnO₄+6HSO₄=5CO₂↑+4MnSO₄+2K₂SO₄+6H₂O，
故答案为：5；4；6；5；4；2；6；
（2）12g碳的物质的量为1mol，与水蒸气反应生成CO、H₂，吸收131.6kJ热量，该反应的热化学方程式C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6 kJ?mol^-1，
故答案为：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H=+131.6 kJ?mol^-1．
（3）①由表中数据可知，C、NO、E、F的化学计量数之比为0.03：0.06：0.03：0.03=1：2：1：1，反应中C被氧化，结合原子守恒可知，生成为N₂与CO₂，且该反应为可逆反应，故反应方程式为：C+2NO?N₂+CO₂，
故答案为：C+2NO?N₂+CO₂；
②Ⅰ、平衡时c（NO）=

0.04mol

2L

=0.02mol/L，c（N₂）=c（CO₂）=

0.03mol

2L

=0.015mol/L，故T₁℃时该反应的平衡常数为K₁=

0.015×0.015

0.02 2

=

9

16

，故答案为：

9

16

；
Ⅱ、由表中数据可知，温度由T₁变为T₂，平衡向逆反应移动，由于正反应是吸热，还是放热不确定，无法判断温度变化，故答案为：c；
（4）根据二氧化碳和氢氧化钠之间反应量的关系：按照1：2反应，产物是碳酸氢钠，按照1：2反应，产物是碳酸钠，0.4molCO₂和200mL 3mol/L NaOH溶液混合，二者的物质的量之比是2：3，所的溶液是碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，在混合物中，碳酸根离子水解程度大与碳酸氢根离子的水解程度，所以c（CO₃^2-）＜c（HCO₃^-），即c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（5）正极上的电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，故答案为：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
（6）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×2×10^-4mol/L=1×10^-4mol/L，根据Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=3.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=

3.8×10 - 9

1×10 - 4

mol/L=3.8×10^-5mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为2×3.8×10^-5mol/L=7.6×10^-5mol/L．
故答案为：7.6×10^-5mol/L．

点评：本题考查平衡常数、化学平衡的有关计算、热化学方程式的书写、氧化还原方程式的书写、离子浓度大小比较、溶度积的有关计算等方面的知识，注重高频考点的考查，综合性强，题目难度大．